Guru Teknik Mesin

blog ini berisi informasi untuk mahasiswa, guru, atau dosen dalam pembelajaran seputar Teknik Mesin

Wednesday, March 24, 2021

MATERI PENDAHULUAN PERLAKUAN PANAS/HEAT TREATMENT

Baja adalah bahan terpenting bagi masyarakat saat ini. Hal ini telah menjadi rangka industri selama berabad-abad, dan munculnya metode untuk memproduksinya secara massal dari bijih besi merupakan pendorong untuk mengubah masyarakat manusia dari gaya hidup yang sebagian besar bertani menjadi masyarakat industri perkotaan.

Penempaan Baja (Sumber:Real Engineering)
    Baja banyak dibutuhkan untuk membentuk tulang rangka gedung pencakar langit, membuka jalan bagi rel kereta api, membentuk kendaraan yang dapat menggerakkan masyarakat, dan alat-alat modern, hal menakjubkan semacam itu semua dibuat dari material baja.

Kebutuhan Baja (Sumber:Real Engineering)

    Kita sebelumnya telah berbicara tentang bagaimana proses pemurnian besi, proses tersebut menentukan apakah bahan yang dihasilkan adalah baja atau besi dan bagaimana persentase karbon yang dikandungnya, bahan dengan kandungan carbon yang rendah atau tinggi akan memliki sifat yang  bahan berbeda-beda.

    Presentase kandungan carbon pada besi memiliki efek yang sangat besar, karena dengan kandungan karbon dengan prosentase tertentu akan mengubah bahan yang relative lemah dapat menjadi bahan yang mampu meluncurkan sebuah revolusi industry.

    sebagian besar masyarakat, pengetahuan dalam pembuatan baja diturunkan selama berabad-abad dari pandai besi ke pandai besi, mereka membuat alat untuk komunitas mereka. Seperti pedang, pisau, keris dan alat-alat menakjubkan lainnya.

    Dalam membuat pisau seorang Pandai besi biasanya menggunakan bahan dengan kandungan karbon 0,55%, kemudian bahan ditaruh pada tungku. Secara bertahap pandai besi membentuknya dengan palu atau mesin palu menjadi batang persegi panjang menyerupai bentuk dasar pisau.

    Setelah membuat dasar bentuk pisau selesai, selanjutnya adalah menggerinda bentuk sisi sebagai pembentukan final. Selanjutnya adalah proses sihir metalurgi melalui proses perlakuan panas, sehingga terbentuklah pisau yang kuat dan tajam.

Materi Selanjutnya ==> PROSES HEAT TREATMENT (Quenching, Annealing, Tempering)

Monday, March 22, 2021

PROSES HEAT TREATMENT/PERLAKUAN PANAS (Quenching, Annealing, Tempering, Normalizing)

Heat Treatment (Perlakuan Panas) adalah salah satu proses untuk mengubah struktur logam dengan jalan memanaskan specimen pada elektrik terance (tungku) pada temperature rekristalisasi selama periode tertentu kemudian didinginkan pada media pendingin seperti Udara, Air, Air Garam, Oli dan Solar yang masing-masing mempunyai kecepatan pendinginan yang berbeda-beda.

Heat Treatment

PROSES-PROSES HEAT TREATMENT

Ada beberapa jenis perlakuan panas, antara lain:

1. Quenching (Pengerasan)

Quenching merupakan salah satu teknik perlakuan panas yang diawali dengan proses pemanasan sampai temperature austenite (austenisasi) diikuti pendinginan secara tepat, sehingga fasa austenite langsung bertransformasi secara parsial membentuk struktur martensit.

Tujuan utama quenching adalah menghasilkan baja dengan sifat kekerasan tinggi. Sekaligus terakumulasi dengan kekuatan Tarik dan kekuatan luluh. Melalui transformasi austenite k martensit. Hal-hal penting untuk menjamin keberhasilan quenching dan menunjang terbentuknya martensit khususnya, adalah: temperature pengerasan, waktu tahan, laju pemanasan, metode pendinginan, media pendingin dan hardenability.

Menurut media pendinginnya, quenching dapat dibagi menjadi:

1.      Quenching dengan media air

2.      Quenching dengan media oli

3.      Quenching dengan media udara

4.      Quenching dengan media air garam

2. Annealing.

Anneling adalah menurunkan kekerasan suatu baja dengan jalan memanaskan baja tersebut pada temperature diatas temperature krisis maksimum 980°C, dan kemudian diinginkan secara perlahan-lahan di udara (sampai dingin).

Tujuan dari annealing ialah untuk,

1.      Mendapatkan baja yang mempunyai kadar karbon tinggi, tetapi dapat dikerjakan mesin atau pengerjaan mesin.

2.      Memperbaiki keuletan.

3.      Menurunkan atau menghilangkan ketidak homogenan struktur

4.      Memperhalus ukuran butir.

5.      Menghilangkan tegangan dalam.

6.      Menyiapkan struktur baja untuk proses perlakuan panas.

Langkah kerja proses annealing:

1.      Benda kerja kita masukkan kedalam kotak baja yang kita isi dengan pasir.

2.      Panaskan pada temperature 980°C selama 1 sampai 3 jam.

3.      Setelah cukup waktunya kotak kita angkat dari dapur.

4.      Benda kerja didinginkan dengan perlahan-lahan

Ada beberapa tipe annealing, yaitu full annealing dan spheroidized annealing.

3. Normalizing.

Normalizing adalah proses perlakuan panas terhadap baja dengan tujuan mendapatkan struktur, butiran yang halus dan seragam untuk menghilangkan tegangan dalam akibat pengerjaan dengan mesin.

Tujuan dari normalizing adalah,

1.      Untuk memperhalus butir

2.      Memperbaiki mampu mesin

3.      Menghilangkan tegangan sisa

4.      Memperbaiki sifat mekanik baja karbon structural dan baja-baja paduan rendah.

Manfaat dari proses normalizing antara lain;

1.      Menghilangkan struktur yang berbutir kasar yang diperoleh dari proses pengerjaan yang sebelumnya di alami oleh baja.

2.      Mengeliminasi struktur yang kasar yang diperoleh dari akibat pendinginan yang lambat pada proses anil.

3.      Menghaluskan ukuran ferit dan pearlit.

4.      Memodifikasi dan menghaluskan struktur cor dendritic.

5.      Penormalan dapat mencegah distorsi dan memperbaiki mampu mesin-mesin baja paduan yang dikarburasi karena temperature penormalan lebih tinggi dari temperature pengkarbonan.

6.      Penormalan dapat memperbaiki sifat-sifat mekanik.

4. Tempering.

Proses memanaskan kembali baja yang telah dikeraskan disebut proses temper. Dengan proses ini, ductilitas dapat ditingkatkan namun kekerasan dan kekuatannya akan menurun. Pada sebagian besar baja struktur,proses temper dimaksudkan untuk memperoleh kombinasi antara kekuatan, ductilitas dan ketangguhan yang tinggi. Dengan demikian, proses temper setelah prosespengerasan akan menjadikan baja lebih bermanfaat karena adanya struktur yang lebih satabil.

Ada beberapa jenis tempering, antara lain:

1.      Tempering pada suhu rendah (150-300°C)

2.      Tempering pada suhu menengah (300-500°C)

3.      Tempering pada suhu tinggi (500-650°C)

PRAKTIKUM UJI BAHAN (PENGUJIAN TARIK/TENSILE TESTING)

Pengujian Tarik/ Tensile Testing adalah Pengujian suatu material (logam/non-Logan) yang dilakukan dengan menarik sampel material hingga rusak, sambil mengukur Gaya dan Displacement. Dari hasil pengujian ini menghasilkan kurva tegangan / regangan, dalam hal ini tegangan ditentukan oleh gaya yang diterapkan pada sampel uji dibagi dengan luas penampang.


A. TUJUAN PRAKTIKUM

  1. Untuk mengetahui kekuatan tarik suatu bahan.
  2. Untuk menghitung persentase perpanjangan dan persentase pengurangan luas penampang ( konstruksi).
  3. Untuk mengetahui modulus elastisitas.
  4. Untuk menggambarkan dan menganalisa diagram tegangan dan regangan.

B. LANDASAN TEORI

Tegangan

Secara sederhana tegangan dapat didefinisikan sebagai besaran gaya yang bekerja pada satu satuan luas permukaan benda yang dikenakan oleh gaya. Secara matematis definisi tegangan dapat dituliskan sebagai berikut:

Tegangan dibagi menjadi dua macam, yaitu tegangan normal dan tegangan geser. Tegangan normal adalah tegangan yang bekerja secara tegak lurus pada permukaan benda (σ). Tegangan geser adalah tegangan yang bekerja sejajar dengan permukaan benda (τ).

          Dalam kasus tegangan tiga dimensi, sebuah elemen tegangan akan menderita tegangan-tegangan normal pada semua permukaannya. Tegangan-tegangan geser memiliki dua buah indeks bawah, dimana yang pertama menunjukkan bidang tegangan bekerja dan yang kedua mengidentifikasikan arahnya dalam bidang tersebut.

Komponen Tegangan

Dari kesetimbangan elemen dapat dibuktikan bahwa tegangan-tegangan geser yang bekerja pada bidang-bidang tegak lurus dan diarahkan tegak lurus pada garis perpotongan bidang-bidang ini besarnya sama. 

Regangan (ε).

regangan adalah suatu perbandingan antara pertambahan panjang (∆L=Lu-Lo) dengan panjang batang mula-mula (Lo).

Untuk memperoleh satuan deformasi atau regangan (ε) adalah dengan membagi perpanjangan (δ) dengan panjang mulamula (L0) dari suatu specimen. Regangan dapat dirumuskan :

jika panjang batang uji patah tidak di tengah-tengah antara dua titik ukuran dan jarak patahnya kurang dari sepertiga panjang terhadap salah satu titik maka penentuan ragangan adalah sebagai berikut.

sebelum batang diuji, Lo dibagi 10 bagian yang sama dan kemudian kita sebut N=0. Jika N= jumlah bagian A-B, dimana A adalah titik yang diambil dari bagian patah terpendek. perpanjangan sesudah patah ditentukan seperti gambar berikut :

jika N-n adalah genap,

Jika N-n adalah genap,

Elastisitas

Keadaan suatu material dikatakan elastis apabila material dikenai gaya Tarik/tekan kemudian material tersebut mengalamai regangan (memanjang/memendek) dan bila beban Tarik/tekan tersebut dihilangkan, maka material tersebut kembali seperti semula tanpa perubahan panjang sedikitpun, maka hal ini dikatakan elastis.

Modulus Elastisitas

Rasio antara tegangan dan regangan normal dapat disebut Modulus Young atau Modulus Elastisitas, merupakan tangen dari sudut yang terbentuk antara garis hubungan tegangan dan regangan dengan garis sumbu regangan dan dinotasikan :

keterangan :

E = modulus elastisitas[kg.mm/s2]

θ = sudut antara garis hubungan regangan dengan garis sumbu regangan [o]

Hubungan tegangan dan regangan dapat ditunjukkan dalam gambar berikut ini :

Kurva Regangan-Tegangan

Batas proporsional dan batas elastis

Sampai pada suatu titik yang disebut batas proporsionalitas, tegangan sebanding dengan regangan , maka grafiknya menunjukkan garis lurus. jika sampai pada batas tegangan tidak lagi sebanding dengan regangan, jika beban dihilangkan maka panjang batang akan kembali seperti semula.

sebagai catatan bahwa secara praktis bisa dianggap batas proporsionalitas dan batas elastis tidak berbeda.

Yield Point ( batas lumer)

jika beban yang bekerja pada batang uji diteruskan Sampai Di Luar Batas elastis, akan terjadi secara tiba-tiba perpanjangan permanen dari batang uji. ini disebut yield poin atau batas lumer gimana regangan meningkat sekalipun tidak ada peningkatan tegangan ( hanya terjadi pada baja lunak).

Yield Strength atau Propoorsional Stress

untuk beberapa logam paduan non ferro dan baja Baja keras, yield point sukar dideteksi begitupun batas limitnya. Oleh karena itu dinyatakan perpanjangan non proporsional adalah Misalnya 0,2%.

Ultimate Tensile Strength (Tegangan Tarik Maksimum)

tegangan nominal maksimum yang ditahan oleh batang uji sebelum patah disebut tegangan tarik, merupakan perbandingan antara beban maksimum yang dicapai selama percobaan tarik dan penampang mula-mula. 

Pengecilan Penampang (Kontraksi)

Kontraksi adalah pengerutan atau pengecilan penampang pada batas penampang atau disebut dengan necking.

Necking / Kontraksi

Hal ini dinyatakan dalam presentase.

C. Material uji


Data Awal

A

=

43,28

Mm

B

=

88,7

Mm

X

=

61,74

Mm

D1

=

5,9

Mm

D2

=

5,98

Mm

D3

=

5,96

Mm

Rata2

=

5,95

Mm

panjang ukur(L)

=

23,77

mm

panjang tengah

=

11,9

mm

F maks

= 1670

Kg

 

D. Alat yang Digunakan

  1. Universal Testing Machine
  2. Vernier Caliper
  3. Mikrometer
  4. Dial Indicator
  5. Test Piece (Batang Uji)
  6. Spidol Permanen
  7. Surface Plate
  8. V-Blok Dan Klem

E. Prosedur Pengujian

Sebelum Praktikum Dimulai

  1. Periksalah kelengkapan mesin sebagaimana terlihat pada table chek list,
  2. Panaskan mesin dengan menekan to on pada panel nomor 3,
  3. Periksalah chuck spesimen sesuai dengan diameter,
  4. Apabila tidak sesuai ganti chuck bagian atas, dan bawah, untuk chuck atas dengan cara menarik tuas keluar, dan putar berlawanan arah, bila chuck dalam posisi keluar tarik ke atas, dan ganti dengan melepas baut penguatnya, sedangkan chuck bagian bawah lepas baut dengan menggunakan kunci L yang disediakan, Lakukan dengan hati-hati karena dapat jatuh dengan sendirinya,
  5. Posisikan chuck agar rata permukaannya,
  6. Siapkan pelat parallel yang ada, diurutkan sesuai dengan ketebalannya,
  7. Pasang dial indicator, dengan memperhatikan cara pembacaan dengan benar, dengan posisi jarum jam kecil posisi nol, dan jarum jam besar posisi nol, Perhatikan gerakan jarum dial indicator jarum jam kecil akan berputar berlawanan arah dengan jarum jam besar,
  8. Perhatikan cara membaca skala gaya (0-500, 0-1000, dan 0-10000 kgf)
  9. Perhatikan fungsi crosshead adjustment “up dan down” untuk mengatur ketinggian chuck up kearah atas dan down kearah bawah,
  10. Lakukan pengukuran spesiment dan berikan tanda sesuai dengan panjang ukur yang telah ditetapkan,
  11. Pasanglah spesimen bagian atas lebih dahulu, dan posisikan chuck bawah dengan control adjustment control up or down,
  12. Pasang kertas grafik yang telah disediakan ,
  13. Pastikan semua dalam kondisi siap operasi,

Saat Pratikum

  1. Tunjuk dua orang mahasiswa untuk membaca gaya dan satu lagi membaca dial indicaotr
  2. Lakukan proses pengujian dengan mengatur posisi control valve dari posisi return ke hol dan load, Ikuti petunjuk instruktur cara mengatur posisi controljangan sampai posisi open karena akan mempengaruhi kecepatan penarikan
  3. Pada saat posisi control valve posisi load jarum gaya akan bergerak searah dengan jarum jam, sekali lagi mahasiswa pembaca gaya harus memperhatikan gerak jarum penunjuik
  4. Semua praktikan harus mencatat “ lembar kerja “ dengan mengisi kolom 1 untuk gaya dan kolom 2 untuk perubahan panjang (pembaca dial indikator)
  5. Pada saat gaya maksimum perhatikan necking yang terjadi, catat gaya maksimum
  6. Pada saat gaya maksimum jarum terhenti, baca terus indikator sesuai dengan interval yang anda pilih
  7. Ambilah pelat paralel bila jarum indikator menunjukan angka ketebalan plat, Catatlah kesalahan ini yang menyebabkan dial indicator rusak,
  8. Pada saat spesimen necking jarum gaya akan kembali ke posisi semula catatalah pembacaan baliknya dan berapa gaya pada saat spesimen patah,

Akhir Pengujian,

  1. Lepaskan indikator
  2. Posisikan control valve posisi return
  3. Posisikan control adjusmen down
  4. Matikan mesin dengan menekan tombol OF
  5. Lepaskan spesimen
  6. Ukur diameter dan panjang akhir spesiment,

Wednesday, March 17, 2021

APA SIH UJI TARIK ITU? BAGAIMANA MENGETAHUI SIFAT MATERIAL DUCTILE ATAU BRITTLE?

Uji Tarik adalah uji fundamental dalam mekanika material. Pengujian ini dilakukan dengan menarik sampel material hingga rusak, sambil mengukur Gaya dan Displacement.

Pengujian Tarik

Kurva Tegangan / Regangan, 

Grafik Regangan-Tegangan
dalam hal ini Tegangan ditentukan oleh gaya yang diterapkan pada sampel uji dibagi dengan luas penampang. tegangan terjadi pada sumbu Y.

Keterangan   P = Gaya [N]

A = luasan permukaan yang dikenakan Gaya [mm2]

Regangan menjelaskan berapa banyak deformasi yang terjadi disebabkan gaya yang diterapkan dan deformasi tersebut dapat  ditemukan dengan membagi perubahan panjang dengan panjang aslinya. Regangan ditempatkan pada sumbu X.

keterangan : ε = regangan

                      L0 = panjang awal [mm]

                      L1 = panjang akhir [mm]

                      δ = perubahan panjang [mm]

mari kita lihat informasi apa yang bisa kita dapatkan dari grafik tegangan / regangan.

Yield Strength

ketika tegangan naik, material mulai berubah bentuk, daerah awal ini adalah deformasi elastis. Artinya, jika kita menghilangkan gaya, material akan kembali ke bentuk aslinya, hal ini bias disamakan dengan bagaimana sebuah karet gelang bisa berubah bentuk dan tetap kembali ke bentuk aslinya. akhir dari deformasi elastis linier ini ditandai dengan titik luluh (yield strength), mulai dari titik luluh ini setiap tegangan tambahan akan menyebabkan deformasi plastis/permanen.

Yield Strength

Ultimate Strength

Setelah titik luluh maka tegangan terus meningkat hingga mencapai titik kekuatan Tarik Ultimate. Disini menunjukkan kekuatan pamungkas material, yaitu batasan tegangan terbesar yang dapat ditangani dari material ini.

Ultimate strength

Necking dan Fracture

Setelah Ultimate Strength, dari sini tekanan yang diperlukan lebih sedikit dikarenakan material mulai berkurang pada luas penampangnya, berkurangnya luas penampang tersebut biasa disebut dengan istilah necking. Setelah necking berlanjut sampai materialnya retak.

Fracture

Kita bisa mendapatkan banyak informasi yang sangat berguna dari grafik ini, yang pertama adalah Modulus Young/Modulus ElastisitasModulus elastisitas adalah nilai yang mengukur ketahanan bahan untuk dideformasi secara elastis. Modulus young ini menjelaskan seberapa kaku material tersebut, hal ini dapat diperoleh dengan mencari kemiringan daerah linier.

Apabila kemiringan daerah linier lebih curam, berarti bahan tersebut lebih kaku, misalnya baja karbon tinggi. sedangkan material bahan yang fleksibel dengan modulus young yang rendah, seperti karet akan terlihat seperti landai. grafik ini bukan untuk menskalakan, tetapi ini hanya  memberikan kita gambaran tentang bagaimana informasi ini disajikan agar kita semakin memahami tentang sifat material.

Gambaran Perbedaan material kaku dan fleksibel

Modulus young merupakan salah satu properti yang paling banyak digunakan dalam teknik karena kita dapat menggunakannya untuk memprediksi defleksi dalam berbagai skenario.

Defleksi

kekuatan luluh dan kekuatan tarik ultimat adalah dua sifat penting lainnya. seorang insinyur akan membagi kekuatan luluh atau kekuatan maksimal dengan faktor keamanan untuk mencapai tegangan maksimum yang diijinkan, hal ini digunakan untuk mempertimbangkan desain produk yang akan dibuat. Biasanya para insinyur akan memperhitungkan agar tekanan maksimum yang mungkin terjadi jauh di bawah kegagalan, tetapi faktor keamanan berbeda di tiap-tiap industry. 

Ductile dan Brittle

mari kita bahas bahan yang disebut kuat dan ulet (ductile). Tangguh/kuat berarti bahan tersebut dapat menyerap banyak energi tanpa putus. area di bawah grafik seperti gambar dibawah menentukan berapa banyak energi yang diserap. 

Energy Absorbed

Ulet/ductile berarti material tersebut berubah bentuk ketika diberi tekanan. Kedua sifat tersebut bias dianggap sebagai material ductile. Baja pegas adalah bahan yang kuat dan ulet, karena materialnya memiliki kekuatan luluh yang tinggi. Pegas diperlukan untuk menyerap dan melepaskan energi tanpa adanya perubahan bentuk secara permanen.

Kebalikan dari Ductile adalah Brittle (getas). Material brittle adalah jenis material yang patah dengan deformasi yang sangat kecil. Kaca, keramik dan baja cor merupakan jenis dari kategori material brittle. kita benar-benar dapat mengetahui apakah suatu material rapuh atau ulet dengan memeriksa permukaan patahan pada hasil pengujian tarik. material ulet akan memiliki karakteristik permukaan patahan yang berbentuk cawan dan kerucut, sedangkan rekahan getas memiliki permukaan patahan yang tampak datar.

Bentuk Patahan pada Material Uji Tarik

beberapa bahan dapat berubah dari ductile menjadi brittle saat suhunya diturunkan. kemudian ditemukan bahwa kadar baja yang digunakan menjadi rapuh pada suhu yang lebih rendah. Perapuhan ini juga diduga berkontribusi pada patahnya lambung kapal titanic.

LANJUT >> PRAKTIKUM PENGUJIAN TARIK